绿色化学和化工市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、医药化工学院：梁华定绿色化学与化工导论第1页开设本课程目标环境污染、能源枯竭等问题是当前人们最为关心热门话题之一,传统化学、化工面临着人类可连续发展要求严重体挑战，而绿色化学化工兴起和发展,既能够从根本上保护环境,又能够深入促进化学工业生产发展,所以化学工业出路在于大力开发和应用基于绿色化学原理产生和发展起来绿色化学化工技术。20世纪化学工业为衣、食、住、行、保健和娱乐以及国防安全提供了丰富化学物质，也带来了不一样程度环境污染二十一世纪绿色化学进展将证实化学有能力推进经济和社会可连续发展，保障子孙后代美满幸福生活第2页经过本课程学习，掌握绿色化学与化工基本概念、基本原理，了解化学、化工生产中资

2、源与能源合理利用及生态环境可持续性发展间关系。达到开阔视野，拓宽知识面，便于从整体上认识化学学科，树立既保护环境又推进工业生产发展新观念。同时及时了解最新最热门科学技术成果研究进展以及国内外发展状况，为成为知识渊博、研究方向明确高素质人才打下基础。开设本课程目标第3页本课程为考查课，总学时数为34学时。自学课程：主要以自学为主，辅导两次 。目培养自学能力。自学内容：按大纲要求，结合教材及有关参考资料自学，做好自学笔记。考核形式：自学笔记40%，小论文或读书报告30%，期终考查30%。课程性质及要求第4页教材及参考书1、贡长生、张龙绿色化学武汉：华中科技大学出版社，2、李德华绿色化学化工导论北京

3、：科学技术出版社，20053、闵恩渍. 吴巍 编著. 绿色化学与化工.北京：化学工业出版社,200044、仲崇立. 绿色化学导论.北京：化学工业出版社, 20005、贡长生、张克立. 绿色化学化工实用技术.北京：化学工业出版社, 20026、沈玉龙、魏利滨、曹文华.绿色化学.北京：中国环境科学出版社, 20047、顾国维、何澄. 绿色技术及其应用.上海：同济大学出版社,19998、P.T.阿纳斯塔斯， J.C.沃纳.李朝军,王东.绿色化学理论与应用. 北京：科学出版社, 2002第5页李德华绿色化学化工导论内容第一章 绪论 从环境问题产生与发展，了解绿色化学产生、发展、主要性；掌握绿色化学定义

4、和特点。 第二章 绿色化学原理 掌握绿色化学12条基本标准；掌握原子经济性反应及绿色化学伎俩。 第三章 化学工业可连续发展 了解可连续发展与化工清洁生产关系；掌握化工可连续发展有效路径是必须采取绿色技术。 第四章 工业生态学原理 了解工业生态学发展史及几个基本概念；熟悉工业生态学三大研究方法（工业代谢、生命周期评价、区域产业生态系统建设）；掌握循环经济和生态工业主要性。 第6页第五章 绿色化学化工技术 了解能源、分类及各种能源技术；了解材料分类并掌握各类新型材料特点；掌握催化技术；熟悉生物技术及分离技术（微波技术、膜技术、超声技术）。 第六章 绿色无机化学工艺 熟悉几个无机化学工业生产（磷铵生

5、产、铬盐生产、氯碱生产等）绿色化。 第七章 绿色有机化学工艺 以乙苯脱氢制苯乙烯、环氧丙烷绿色生产工艺、醋酸生产绿色化为例熟悉几个有机化学工业生产绿色化。 第八章 制药工业绿色化 熟悉各种制药工业（化学制药、中草药制药、生物制药）绿色化。 李德华绿色化学化工导论内容第7页可连续发展基本化学问题绿色化学一、绿色化学主要性二、绿色化学主要特点及内容三、化工生产应遵照“绿色化学12条标准”四、化学工业可连续发展五、绿色工业生态系统六 、绿色化工及技术七、绿色化学生产第8页一、绿色化学主要性从科学观点看化学科学基础创新从环境观点看从源头上消除污染从经济观点看合理利用资源和能源，降低生产成本 符合经济和

6、社会可连续发展要求可连续发展基本化学问题绿色化学 迄今为止。化学工业绝大多数工艺都是20多年前开发。 近年来，因为化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害物质。1992年，美国化学工业用于环境保护费用为1150亿美元，清理已污染地域花去7000亿美元。1996年美国Dupont企业化学品销售总额为180亿美元。环境保护费用为10亿美元。所以从环境保护、经济和社会要求看化学工业不能再负担使用和产生有毒。有害物质费用.需要大力研究与开发从源头上降低和消除污染绿色化学。第9页各国政府推进绿色化学办法美国，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书 绿色化学化工作为应对二十一世纪挑战关键技术与基础,已

7、成为二十一世纪世界科技研究前沿热点1995年美国副总统Gore宣告了国家环境技术战略。其目标为:至年地球日时。将废弃物降低40-50%,每套装置消耗原材料降低20一25%；宣告设置“总统绿色化学挑战奖”，1996年7月第一届颁发，设置学术奖、小企业奖、变更合成路线奖、变更溶剂/反应条件关、设计更安全化学品奖（表1-2）1990年美国颁布了污染防治条例， 将 污染防治定为国策在美国公布二十一世纪化学化工发展战略中，再次强调了绿色化学化工主要性。第10页英国皇家化学会主办国际性杂志绿色化学1999年1月创刊；年设置“Jerwood Salters环境奖”德国 1991年制订“为环境而研究计划”荷兰

8、 制订“清洁生产手册”澳大利亚也创建了绿色化学期刊； 日本制订“二十一世纪重建绿色地球”新阳光计划， 设置“为地球创新技术研究院”欧盟各国各国政府推进绿色化学办法第11页 1995年中国科学院化学部组织了绿色化学与技术推进化工生产可连续发展路径院士咨询活动 1997年国家自然科学基金委“九五”重大项目：环境友好石油化工 催化化学与反应工程1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会：可连续发展问题对科学挑战绿色化学1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨 1999年北京第16次九华山科学论坛“绿色化学基本科学问题”年科技部国家重点基础研究发展规划项目立项石油炼制和基本有机化学品合成绿色化学各

9、国政府推进绿色化学办法中国制订了“科教兴国”和可连续发展策略，并于1993年世界环境和发展大会之后，编制了中国二十一世纪议程郑重申明走可连续发展道路决心。第12页二、绿色化学主要特点及内容1、化学反应原子经济性无毒无害原料可再生资源环境友好产品 回归自然废物回收利用无毒无害催化剂 无毒无害溶剂原子经济反应2、化学反应清洁性3、化学工艺循环性和闭路性。4、化学反应技术可连续性5、化工生产可连续性第13页1.预防（prevention) （预防污染优于污染治理） ：预防废物产生优于废物产生后再处理或清理2.原子经济性（atom economy）：应设计合成方法使其能把反应过程中利用全部材料尽可能多

10、地转化到最终产物中三、化工生产应遵照“绿色化学12条标准”Trost在l991年首先提出了原子经济性(Atom economy 概念原料分子中终究有百分之几原子转化成了产物理想原子经济反应是原料分子中原子百分之百地转变成产物，不生副产物或废物。实现废物零排放(Zero emission)。第14页原子经济性传统合成关心合成效率如选择性反应化学选择性（即：生成所需产物）区域选择性（即：在特定位置反应）立体选择性（即：产物立体结构）等第15页大力开发医药等精细化工产品 “原子经济”反应，力争实现废物“零排放”产物废物或副产物废物为零A B C DA B C 工业部门每吨产品排放废物（吨/吨）炼油0

11、.1大宗化学品15精细化工520制药25100不一样工业部门生产中废物排放量制药、精细化工更需开发原子经济反应第16页第一步第二步第三步第四步第五步第六步布洛芬布洛芬镇静、止痛药生产Boots企业Brown方法第一步第二步第三步原子经济性 40%BHC企业新创造绿色方法原子经济性99%(包含醋酸)获1997年美国总统“绿色化学挑战奖”第17页O+ClOOOOO+ClOHOBaeyer-Villiger反应用于生产医药、塑料添加剂锡/沸石传统工艺3-氯过苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物绿色工艺负载锡沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，副产物只有水第18页烃类催化氧化

12、原子经济性反应传统工艺氯醇法：原子经济性=31%绿色工艺钛硅分子筛催化：原子经济性=76%次氯酸石灰废渣 污水1- 氯丙醇2- 氯丙醇丙烯环氧化制环氧丙烷第19页当前针对烃类催化氧化不足，又有了新进展降低H2O2费用原位H2、O2合成H2O2，与丙烯环氧化集成新氧化剂异丙苯过氧化物 新氧化催化材料Sn/沸石有机氮络合Fe2+系催化剂含钨金属簇相转移催化剂烃类催化氧化原子经济性反应第20页替换光气制造异氰酸酯工艺伯胺和二氧化碳或碳酸二甲酯反应伯胺和一氧化碳进行氧化羰化 硝基苯和一氧化碳羰基化正在小试、中试，比光气法生产成本高10，需要降低成本 1984年印度博帕尔光气泄漏事件年罗马尼亚一家工厂氰

13、化物泄漏到多瑙河支流事件造成人身伤亡、生态环境严重破坏 需要开发绿色技术第21页甲基丙烯酸甲酯生产工艺47%原子经济性100%原子经济性投资、成本低传统工艺绿色工艺第22页3.低毒化学合成（iess hazardous chemical synthesis）：只要可行，应设计合成方法使其利用和产生物质对人类健康和环境无毒性或很低毒性。4. 设计安全化学品(designing safer chemicals):应设计化工产品使其保留功效，但降低毒性三、化工生产应遵照“绿色化学12条标准”绿色化学合成路径和合成技术 一些合成路径和技术表达了绿色化学思想，如：电化学合成 是合成新药品和其它有机物有效

14、伎俩无机水热合成：条件温和，污染少，可用于合成新型分子筛和其它环境友好催化剂。绿色化学化工：寻找充分利用原材料和能源在各个步骤中部净化和无污染反应路径和工艺。第23页在环境友好产品方面。从1996年美国总统绿色化学挑战奖看，设计更安全他学品奖授予RohmHaas企业。因为其开发成功一个环境友好海洋生物防垢剂。小企业奖授予Donlar企业。 因其开发了两个高效工艺以生产热聚天冬氨酸，它是一个代替丙烯酸可生物降解产品。在环境友好机动车燃料方面，伴随环境保护要求日益严格。1990年美国清洁空气法(修正案)要求，逐步惟广使用新配方汽油，减小由汽车尾气中一氧化碳以及烃类引发臭氧和光化学 烟雾等对空气污染

15、。新配方汽油要求限制汽油蒸汽压、苯含量，还将逐步限制芳烃和烯烃含量。 另外。保护大气臭氧层氟氯烃代用具已在开始使用。预防“白色污染”生物降解塑料也在使用。产品应是环境友好第24页绿色化学品设计：功效与环境影响并重转变观念产品功效与环境影响并重，设计、研制新产品时，普通要考虑下面原因：物质结构与活性关系防止采取毒性功效基团生物吸收量最小化使辅助物质最小化第25页 Rohm & Haas企业Sea-NineTM海洋生物防垢剂Albright & Wilson企业低毒性、能快速降解THPS杀菌剂Rohm & Haas企业对一类安全高效、含有选择性杀虫效果ConfirmTM杀虫剂家族创造和应用Dow

16、AgroSciences LLC企业创造新型天然杀虫剂产品SpinosadDow AgroSciences企业Sentricon白蚁巢穴杀灭系统 PPG企业Enviro-Prime 无铅凃层美国“总统绿色化学挑战奖”设计更安全化学品奖1996年至年获奖项目第26页工农结合, 生产超清洁生物柴油降低汽车尾气中SOx和颗粒物排放整个过程少排放CO2，降低温室效应本身无毒、无害，能自行分解回归自然含有一定润滑性，从而延长机动车寿命燃烧热值稍低，倾点较高，影响低温开启 柴油是另一类主要石油炼制产品。对环境友好柴油。美国要求硫含量小于0.05%，芳烃含量小于20%，同时十六烷值不低于40 为到达上述目标

17、，一是要有性能优异深度加氢脱硫催化剂;二是要开发低压深度脱硫/芳烃饱和工艺。国外在这方面研究已经有进展。生物柴油特点第27页生物柴油制造植物油与甲醇（乙醇）酯交换制得 棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等化学法液碱催化固体碱催化二段催化酶催化第28页5.采取安全溶剂和助剂（ater solvents and auxiliaries）：应尽可能防止使用辅助物质（如溶剂、分离剂），如用时应是无毒三、化工生产应遵照“绿色化学12条标准”6.能量效率设计(design for energy efficiency)（合理利用和节约能源）:应考虑到能源消耗对环境和经济影响，并应尽可能少地使

18、用能源。如有可能合成应在常温和常压下进行第29页用无毒无害溶剂挥发性有机溶剂有广泛用途涂料和油漆溶剂泡沫塑料发泡剂微电子器件等精密清洗服装干洗清洗剂化工生产过程中作为溶剂挥发性有机溶剂对环境危害形成光化学烟雾引发和加剧各种呼吸系统疾病，增加癌症发病率造成谷物减产、橡胶硬化等，每年造成大量损失二氟二氯甲烷等破坏地球大气中臭氧层第30页用无毒无害溶剂无溶剂反应从理论上讲，无溶剂，则不会有溶剂毒害。然而许多反应需要溶剂参加传热或传质等，无溶剂对反应非常不利以水为溶剂水对环境无害。但有些反应物不溶于水，且废弃水会对人类生活产生影响。况且，人类面临淡水供给危机，这种做法无异于雪上加霜以超临界流体为溶剂这

19、是非常有前途方法，如采取超临界二氧化碳，可溶解各种反应物，并能促进许多反应发生。超临界二氧化碳含有没有毒，不可燃，价廉等优点，已得到了广泛应用第31页采取无溶剂固相反应也是防止使用挥发性溶剂一个研究动向，如用微波来促进固、固相有机反应。用无毒无害溶剂研究水或近临界水作为溶剂以及有机溶剂/水相界面反应采取水作溶剂即使能防止有机溶剂，但因为其溶解度有限，限制了它应用，而且还要注意废水是否会造成污染。在有机溶剂/水相界面反应中。普通采取毒性较小溶剂(甲苯)代替原有毒性较大溶剂，如二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、醋酸等。第32页超临界二氧化碳溶剂二氧化碳在常温下是气体，无色、无味、不燃烧、化学性质稳定不会形

20、成光化学烟雾，也不会破坏臭氧层起源丰富，价格低廉超临界二氧化碳可很好地溶解普通有机化合物超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点(3llC、7477.7gkPa)以上二氧化碳流体。它通常含有液体密度。因而有常规液态溶剂溶解度;在相同条件下。它又含有气体粘度,因而又含有很高传质速度。而且。因为含有很大可压缩性。流体密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度改变来调整。优点第33页用超临界二氧化碳代替挥发性有机溶剂应用替换机械、电子、医药和干洗等行业中普遍采取挥发性有机清洗剂代替氟氯烃作泡沫塑料发泡剂超临界CO2为溶剂，生产氟化物单体和聚合物 利用我国合成氨厂、炼油厂中制氢装置大量排放CO2，开

21、发（或引进） 超临界CO2技术在房屋装修、泡沫塑料生产、服装干洗等中应用，形成新兴产业。第34页7.使用可再生原料(use renewable feedstocks):只要技术和经济上可行，原料应是可再生，而不是将耗竭8.降低衍生物(reduce derivatives):应尽可能防止无须要衍生化（阻断基团，保护脱保护，物理和化学过程暂时修饰）因为这些步骤需要添加试剂并可能产生废物9.催化(catalysis):催化试剂（有尽可能好选择性）优于化学计量试剂三、化工生产应遵照“绿色化学12条标准”第35页惯用许多化学、化工原料，如：氰氢酸、丙烯氰、甲醛、环氧乙烷、光气、卤代芳烃、稠环芳烃等都含有

22、毒性，对环境有很大危害。无毒、无害原料在代替剧毒光气作原料生产有机化工原料方面。Riley等报道了工业上已开发成功一个由胺类和二氧比碳生产异氰酸酯新技术关于代替剧毒氢氰酸原料，Monsanto企业从无毒无害二乙醇胺原料出发。经过催化蜕氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠工艺，改变了过去拟氨、甲醛和氢氰酸为原料二步合成路线。并所以取得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中变更合成路线奖。第36页绿色植物经过光合作用直接产生或间接衍生全部物质即为生物质。 如：植物，地球上储量约2亿亿吨，年再生速度1640吨。其主要成份为：淀粉（由葡萄糖经a-1,4化学键相连）和纤维素（由葡萄糖经b-1,4化学键相连）。生

23、物质中最值得利用是木质纤维素，其优点是（1）由可降解葡萄糖组成；（2）生物圈中最丰富有机物。然而在实际应用时却碰到许多困难，其应用中主要难点为：（1）多处于结晶态；（2）采取b-1,4化学键；（3）与木质素连结在一起。 清洁原料战略任务是用生物质作化工原料。 第37页生物质利用初步尝试生物质利用当前还没有理想方法，比较有效方法有爆破法：即采取先高压再减压方法，将纤维素与木质素分离稀释酸溶解有机溶胶提取技术超临界萃取等，将纤维素提取出应该看到：过去，石油化学工业发展花费了人类一个多世纪时间，现在生物质化学工业从构想变成现实可能需要最少几十年努力。第38页国外生物技术生产大宗化工产品已取得突破Du

24、 Pont和 Genecor International等合作建成由玉米生产1，3丙二醇(PDO)装置，成本比化学法低15 CargillDOW企业正在建设一个14万t/a聚乳酸工厂，用于生产塑料、纤维 Frost报道以葡萄糖为原料，经过酶反应可制得己二酸、邻苯二酚和对苯二酚等。尤其是不需要从传统苯开始来制取作为尼龙原料己二酸取得了显著进展。另外,Gfoss首创了利用生物或农业废物如多糖类制造新型聚合物工作。具优越性在于聚合物原料单体实现了无害化;生物催化转化方法优于常规聚合方法，聚合物还含有生物降解功效第39页产品种类生物质原料产品所占百分比，%当前年2090年液体燃料121050有机化学品

25、102590美国国家研究委员会（National Research Council)从生物质原料所制产品目标可再生植物原料中现在使用葡萄糖，正在开发低成本蔗糖，最终使用木质素纤维生物催化、化学法组合。开发生物催化技术是关键组织多学科合作，加强研究利用可再生资源生产大宗有机化工产品研究第40页三、化工生产应遵照“绿色化学12条标准”9.催化(catalysis):催化试剂（有尽可能好选择性）优于化学计量试剂10.降解设计(design for degradation):应设计化工产品使其在完成使命后不在环境中久留，并降解为无毒物质11.预防污染快速分析(real-time analysis fo

26、r pollution prevention):分析方法须深入发展，以能够进行即时和在线跟踪及控制有害物质生成12.本身安全、能预防意外事故化学(inherently safer chemistry for accident prevention):在化学转换过程中，所用物质和物质形态应尽可能地降低发生化学事故可能性，包含：泄漏、爆炸、和火灾第41页近年来国外正从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂。其中采取新型分子筛催化剂乙苯液相烃他技术引人注目，这种催化剂选择性很高，乙苯重量收率超出99.6%。而且催化剂寿命长。还有一个生产线性烷基苯固体酸催化剂替换了氢氟酸催化剂

27、，改进了生产环境，已工业化。在固体酸烷基化研究中。还应深入提升催化剂选择性。以降低产品中杂质含量;提升催化剂稳定性。以延长运转周期;降低原料中苯烯比。以提升经济效益采取无毒、无害催化剂当前烃类烷基他反应普通使用氧氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂。这些液体催化剂共同缺点是，对设备腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。为了保护环境。第42页工艺传统工艺绿色工艺乙烯与苯烷基化AlCl3ZSM-5气相法 USY、液相法丙烯与苯烷基化AlCl3、MCM-22 液相法长链烯烃与苯烷基化HF固体酸-固定床 传统AlCl3、HF催化剂缺点：腐蚀设备，危害人身健康和小区安全，废水、废渣污染环境开发新一代苯

28、与烯烃烷基化无毒无害固体酸催化剂分子筛固体酸催化剂环境友好，不过：酸强度低，分布不均，酸中心少；因而，反应温度和压力高，产品杂质增多为克服上述缺点，下一代固体酸催化剂杂多酸、包裹型液体酸、Nafion/SiO2复合材料、纳米分子筛复合材料、离子液体等第43页开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无害固体酸催化剂 加紧已经有基础负载型杂多酸开发利用悬浮催化蒸馏等新工艺 力争开发含有中国特色独特先进新催化剂和工艺继续研究纳米分子筛复合材料、离子液体等新催化材料第44页绿色化学方向1、 无毒、无害原料2、在无毒、无害反应条件下进行3、原子经济性“4、 产品应是环境友好5、“闭路循环”之路从“末端治理”扩展到“

29、源头”，从企业内扩展到企业外环境质量清洁生产循环经济采取二次资源采取可再生能源环境设计产品环境标识源头治理为本，末端治理为辅分析伎俩：物流分析，产品生命周期分析物质减量化碳、硫、氮氧化物减量化第45页绿色化学工程技术12条标准1 要尽力确保全部输入和输出能量与材料尽可能无内在固有危险2 污染预防优于污染形成后处理3 产品分离与纯化设计要尽可能降低能量与材料消耗4 质量、能量、空间和时间效率最大化5 强化输出牵引，不要输入推进6 保留复杂性7 强调耐久性而不是永久性8 满足需要，使过量最小化9 降低物质多样性10 当地物质流和能源流整合1l 商品后期设计12 使用可再生而非耗竭材料第46页四、化

30、学工业可连续发展1、联合国人类环境会议（1972，瑞典，113国家参加，发表“关于人类环境斯德哥尔摩宣言”及“人类环境计划”）2、联合国环境及发展会议（1992，巴西，178国参加，发表“关于环境与发展里约热内炉宣言”等5项条约等）3、可连续发展世界首脑会议（，南非，191国家参加，发表“关于可连续发展约翰内斯堡宣言”及“可连续发展世界首脑会议实施兴计划”）-1987年我们共同未来一书发表，提出了“可连续发展”最经典定义：“满足当前需要但不损及后代满足他们自己需要”。( “代间不平等” 问题)1、什么叫“可连续发展” ？联合国关于可连续发展三次会议第47页（1）面临世界资源挑战地球资源年耗尽

31、年来，一个能够清洁空气关键自由基分子在世界范围内逐步降低，它浓度平均下降，至今尚不清楚它下降原因和周期，它将对地球健康组成巨大威胁。它是地球防污染剂，它降低将使烟尘越来越浓，造成破坏保护地球臭氧层。2、可连续发展战略需求世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表年地球生态汇报显示，若按当前速度继续消耗地球资源，那么我们地球资源会在年耗尽。（2）地球正在失去自我清洁能力第48页 如温室气体排放，臭氧层破坏等,过去里全球水文气象灾害数量增加了一倍。 若化石燃料不加限制地消耗下去，2030年CO2浓度可到达550 ppm,到2050年气温会上升1.54.5。 那时生态灾难又会比现在上升几倍？ 全球生态

32、系统正在向危险临界值靠近，环境恶化造成自然灾害，近十年中造成世界亿美元损失，过分对矿物燃料使用，使气温变暖，北极冰盖已降低4，继续变暖会造成水资源极度缺乏，食品降低，和诸如疟疾、登革热之类致命疾病广为扩散。（3）全球环境处于危险十字路口第49页 经济形势之一：中国经济高速发展近（1985年）中国经济高速发展。国内GDP总量超出10万亿元，人均GDP超出1000美元；年国内GDP到达20万亿元，人均GDP超出1500美元。1949198637年1986199619965年2年5000万吨1953198434年19993年199319996年198419939年2.5亿平方米1953199239年

33、1年2年19928年中国经济高速发展，带动了钢铁、建筑、汽车等各行各业加速发展。100万辆3、可连续发展战略需求（中国形势）第50页经济形势之二：重工业是中国经济发展主要支柱 材料工业是国内经济发展物质基础，如钢产量伴伴随GDP同时增加；我国钢产量到达4.18亿吨，占世界钢产量33.7%；水泥产量到达12.4亿吨，占世界产量50%；重工业普通是资金密集、劳动力密集高能耗、高污染产业。国内生产总值(GDP)与粗钢产量发展趋势：世界钢产量11.3亿吨年：世界钢产量12.4亿吨我国钢产量在世界上地位万吨国内水泥产量发展 我国经济增加主导是重工业，1985年至间，重工业产值占国内工业总产值百分比波动在

34、5070%。我国以重工业作为经济发展主要支柱，是造成单位GDP能耗高、污染严重主要原因。国内生产总值(GDP)与粗钢产量发展趋势我国钢产量在世界上地位第51页经济形势之三：中国经济发展进入转型期 世界各国人均GDP到达1000-3000美元是主要经济转型期，也是战略机遇期； 经济转型期主要标志是发展中国家转为发达国家，工业化社会转为信息化社会； 转型期主要社会矛盾是经济高速发展与资源环境制约； 欧、美经历这一发展阶段时间长达12；日、韩国用78年实现转型；而墨西哥、巴西、菲律宾、泰国、马来西亚等国长久未能实现转型，经济陷入停滞不前。 我国经济发展与GDP增加趋势为了尽快实现中国经济转型，必须坚

35、持节能减排、建设节约型社会基本国策，深入降低能源、资源消耗，改进社会环境。第52页可连续发展面临问题之一资源缺乏 社会转型期是主要战略机遇期，也是各种矛盾凸显期，伴随经济快速增加和人口不停增加，资源约束矛盾日益突出，环境形势愈加严峻。 从资源禀赋看，我国是总量上大国，人均上贫国。人均淡水资源占有量仅为世界平均水平四分之一，人均耕地占有量不到世界平均水平40%，45种矿产资源人均占有量不到世界平均水平二分之一，石油、天然气人均占有储量为世界平均水平7%和4.5%，铁矿石、铜和铝土矿储量分别为世界平均水平1/6、1/6和1/9。伴随经济发展，GDP增加与资源消耗呈线性正比关系。这意味着今后国内经济

36、发展需要大量资源。所以，国内资源缺乏将是束缚我国经济高速发展主要制约原因。第53页我国能源及水资源现实状况我国是一个公认能源短缺而又贫水国家 ! 主要国家铁矿石储量与钢产量资源类型中国储量占世界储量%中国人均占有量 / 世界人均占有量%能源煤11.051石油2.411天然气1.25水资源淡水5.425第54页我国化学工业经济增加很大程度建立在大量消耗能源及原材料基础上，有时以牺牲环境为代价。我国化学工业总产值居世界第三位，但人均化工产值仅为世界平均1/4。我国化学工业总能耗为美、加、墨三国之和4.1倍，但产值相当三国之和23.8%。化工废水排放量占全国工业部门17.5%，名列第1位；化工废气排

37、放量占第4位，固体废物排放占第5位，但危险废物占60%，为第1位。 万元产值水耗为美国3.5倍。而万元产值污染物排放强度是美国近百倍。 大气污染：一级标准城市只占多个城市中不到工业污染：中国流行病是因为水污染传输固体废弃物严重：以速度增加，存放量已达.亿吨，占地5.17万顷 可连续发展面临问题之二大气环境污染严重第55页 可连续发展面临问题之二大气环境污染严重 全国527个市（县）中，出现酸雨城市有298个，占统计城市56.5%，有些地域酸雨频率到达100%。据测算，大气污染造成经济损失已经占到GDP23%，中国大气污染形势不容乐观。40% 国土受酸雨威胁温室效应气体排放居亚洲之首二氧化硫排放

38、逐年增加第56页 可连续发展面临问题之二大气环境污染严重第57页七大水系各种水质类别所占百分比 我国人均水资源不足世界平均值1/4，而且水质受到较严重污染。当前，全国60%城市存在不一样程度缺水，108各城市严重缺水，饮用水源地水质较差，约有30%人口得不到安全饮用水。 我国生活垃圾清运量达1.5亿吨，年均增加7-10，处理率远远达不到要求，垃圾围城现象普遍。 可连续发展面临问题之三水质污染、固体废弃物泛滥第58页 可连续发展面临问题之四人居环境受到严重威胁全国主要城市空气污染综合指数 电厂对大气污染北京遭遇沙尘暴太湖污染第59页全球CO2排放量从249亿吨增加到2005292亿吨，同期美国从

39、63亿吨升到65亿吨，中国从28亿吨猛增至53亿吨。年，全世界CO2排放量突破300亿吨；节能减排压力与困难来自国外压力 炭燃烧生成CO2(约占总量80%)是产生温室效应主要原因，CO2阻挡太阳光辐射造成全球气温上升、环境恶化和自然灾害频繁发生。全球必须共同抑制CO2排放量。中国已签署京都议定书，作为发展中国家暂不承诺CO2减排指标，但发达国家普遍认为中国不负担控制温室气体排放义务，仍不能降低空气污染和温室气体危害。结论：中国环境污染与温室气体排放已引进全世界高度关注，必须尽快采取节能减排办法降低环境污染和温室气体排放量。第60页4、可连续发展研讨内容国策：“可连续发展”廿一世纪人类进步,已进

40、入了可连续发展阶段，其产业系统是工业生态系统，发展经济模式就是循环经济。“可连续发展与生态工业”其科学与技术基础是绿色化学科学与工程二十一世纪可持续发展系统与园区模式是生态工业系统与生态工业园区。应用系统工程方法，去分析、研究、设计与规划化工园区大系统中基本流：物流、能量流、资金流与信息流，以达到环境友好、资源、能源与资金最优化利用目标。-生态工业园区第61页循环经济,绿色GDP与可连续发展循环经济是仿照自然生态系统，在生产、流通和消费等全社会范围内, 经过物质循环、废物最小化、工艺替换和产品共生等方式，组织成一个“资源产品再生资源”物质重复循环流动过程，到达资源、能源高效利用，对环境影响最小

41、经济模式，本质上是一个生态经济。循环经济是一个以“三R”为标准以资源高效利用和循环利用为关键以低消耗、低排放、高效率为基本特征以生态产业链为发展载体以清洁生产为主要伎俩到达实现物质资源有效利用和经济与生态可连续发展第62页循环经济基本标准3R标准即减量化（reducing）再利用（reusing）再循环（recycling）是实现循环经济主要行为标准第63页循环经济实例 1 新疆天业循环经济产业链图 第64页循环经济实例 2第65页 绿色工程建立生态工业是依据生态经济学原理，以节约资源、能源、清洁生产和废弃物多层次循环利用（即节能、降耗、减排标准）等为特征，以当代科学技术为依靠，利用生态规律、

42、经济规律和系统工程方法经营和管理一个综合工业发展模式。 工业生态学关键是怎样实现循环经济与环境友好理念，实现再生资源利用, 即用化学方法改变和回收利用废物，将废物转化为原料，进而到达资源与能源高效利用目标。五、绿色工业生态系统第66页1、生态工业群-园区生态工业模式原子经济性 + 零排放循环经济 + 环境友好123456生态工业园区为大系统（网），生态工业群（链）为工业园区一级子系统，企业为二级子系统（点）。第67页2、生态工业园区及其大系统过程集成 生态工业园是依据循环经济理念和工业生态学原理而设计建立一个区域型新型工业组织形式，经过模拟自然系统建立产业系统中“生产者消费者分解者”循环途经，

43、尽可能实现物质闭路循环和能量多级利用。 即生态园内企业模拟自然界生态系统，相互之间存在协同和共生关系，将最大程度地充分利用资源和降低负面环境影响，最终到达工业可连续发展目标。第68页丹麦卡伦堡( Kalunborg) 生态工业园区丹麦Kalundborg工业网络图淤泥肥料鱼 塘壁板厂街区供热水泥和铺路农药厂硫粉煤灰废热淡水湖泊制药厂硫酸厂2.炼油厂温室1.燃煤电厂废热石膏废热烟气冷却水蒸汽蒸汽1. 这种能量交换有更显著能效2.物料和能量交换能为参加者提供经济效益3、园区进行了水资源循环利用第69页钢厂水泥厂汽车粉碎机塑料和金属分离金属回收能量回收塑料回收能量美国北德克萨斯州工业生态园内物质流E

44、AF Fe灰尘ASR美国北德克萨斯州一个生态工业园生态工业园中心便是一个钢厂，它利用废汽车作为主要原材料第70页序号E，P项目地址包括行业特点1查尔斯角弗古尼亚农业、海产品及海水养殖、旅游艺术品，高新技术产品2费尔菲尔德马里兰石化、有机化学品、废物再利用、环境技术3布朗斯维尔得克萨斯炼油、沥青、化工、纺织、车罩部件、热电、污水处理、溶剂回收4河岸佛蒙特生态农业，生物能源，废物处理5绿色协会明尼苏达绿色产业孵化器、废物再利用6普拉兹堡纽约军事设施再开发、资源和废物管理7东海岸加利福尼亚资源再生、自然美化、提升能源效率8特灵顿新泽西现有工业区再开发，清洁工业9沙为昂 亚利桑那商准一体化开发；环境，

45、自然特色10富兰克林卡罗莱纳可更新能源与环境技术商贸联合体美国部分生态工业园区 第71页加拿大部分生态工业园区序号生态工业区名称园址主要生产企业1伏特萨斯喀彻温(FortSaskatchewan)萨斯克(Sask)化学品，聚氯乙烯、苯乙烯、电力、生物燃料等2康沃尔(Cornwall)安大略湖(Ontario)热电联产、造纸、化工、电力设备和水泥等3比勘克(BecancouE)魁北克(Quebec)氯碱盐酸、双氧水、烷基苯磺酸盐等化工4东蒙特利尔(MontrealEast)魁北克(Quebec)炼油石化、工业气体，石膏板、冶金等5圣乔尔(SaintJohn)新布伦瑞克(NewBrunswick)

46、电力、造纸，炼油、酿酒、制糖等第72页国内部分生态工业园区生态工业园区主要特征贵港国家生态工业（制糖）示范园区制糖产业生态工业系统南海国家生态工业示范园区虚实结合、全新规划，高新技术环境保护产业为主导包头国家生态工业（铝业）示范园区“铝电联营”生态工业系统黄兴国家生态工业示范园区高新技术产业主导，零排放工业试点山东鲁北国家生态工业示范园区石膏制硫酸联产水泥、海水一水多用技术天津经济技术开发区国家生态工业示范园区开发区生态改造，发展静脉产业苏州高新区国家生态工业示范园区“绿色高新区”、15014000环境管理体系、清洁生产审核四川沱牌酿酒生态工业园区酿酒生态工业系统第73页贵港国家生态工业示范园

47、总体结构该示范园区六个系统，各系统内分别有产品产出，各系统之间经过中间产品和废弃物相互交换而相互衔接，从而形成一个比较完整和闭合生态工业网络，园区内资源得到最正确配置、废弃物得到有效利用，环境污染降低到最低水平。其中，甘蔗制糖蔗渣造纸生态链、制糖糖蜜制酒精酒精废液制复合肥生态链以及制糖(有机糖)低聚果糖生态链这三条园区内主要生态链，相互间组成了横向耦合关系，并在一定程度上形成了网状结构。物流中没有废物概念，只有资源概念，各步骤实现了充分资源共享，变污染负效益为资源正效益。 国内生态工业园第74页贵港国家生态工业示范园总体结构第75页过程集成是实现绿色化工目标关键技术 基于热力学原理集成换热器网

48、络夹点技术推广到传质交换网络中来。质交换器指是任何逆向直接接触传质操作，如吸收、吸附、液液萃取、离子交换、浸取、汽提，氢夹点分析等。这种质交换网络分析目标是设计污染杂质回收网络，以降低污染。废水最小化夹点设计方法。六 绿色化工及技术1、夹点分析（资源、能源节约型）第76页热交换网络建立仍是世界化工节能主要技术第77页传统常规型流程（11个装置设备）乙酸甲醇催化剂乙酸甲酯溶剂共沸物水溶剂共沸物水较重组分当代集约型流程 （1个装置）蒸馏萃取蒸馏反应蒸馏反应反应蒸馏蒸馏乙酸催化剂甲醇乙酸甲酯由传统流程向集约型耦合过程发展3R第78页2、深度过程集成：网络超结构模型模拟 立足于通用反应器及相互连接流股

49、网络组成超结构，在研究传质和传热各种可能安排基础上，找寻最优化结构。 用可再生资源代替不可再生资源 氢夹点分析 基于溶剂分离系统设计 利用微化工厂来躲避风险、提升效率工厂公用工程及联产系统节能第79页绿色石油化工生产链与资源循环利用环氧乙烷草酸（媒染剂、除锈剂、漂白剂）墨水、染料、皮革二醋酸乙二醇酯（溶剂）反应分离与聚合 醇酸树脂、涤纶二甘醇乙二醇三甘醇水合脱水氧化医药、化装品等醋酸 乙烯石油醇解或水解单体.如环氧乙烷深度加工第80页生物质“循环利用”绿色过程示意图产品a生物质(比如玉米等)葡萄糖液细菌和酵母二步转化 肥 料特 种 精 馏浓缩与分离(膜、超临界等)产品b肥 料土 壤聚 合生物降

50、解 精制（结晶等）绿色产品c 催化反应绿色产品d绿色产品e离子交换等第81页国际化学工业产品结构发展态势原料基本化工精细化工 功效产品 生产链链式结构基本化工：规模效益（资源利用率提升） 信息化程度（自动化程度）提升 能耗降低精细化工(包含功效产品): 产品结构及时调整 多产品车间建立柔性生产线石油化工一体化依据全球统计数据，在美、英、日、德等国大化工行业GDP中精细化学品及功效产品占79%。第82页八、绿色化学生产涂料工业制革工业引言造纸工业氯氟碳化合物（CFCs）可降解塑料第83页涂料：应用于物体表面而能结成坚韧保护膜物料总称，多数是含有或基本不含颜料粘液。 1、涂料工业涂料功效：（1）预

51、防物体表面受到气候腐蚀、化学腐蚀以及日光照射而起改变；（2）预防或降低物体表面直接收到摩擦和冲击；（3）增加物体表面美观。挥发性有机物（VOC）：涂料中通常含有挥发性有机物（VOC），VOC (Volatile Organic Compound)：包含碳氢化物，有机化物，有机硫化物，碳基化合物，有机酸和有机过氧化物等，在NOx存在下，还可造成光化学烟雾产生和污染。有机溶剂及其它有机污染物在阳光作用下会产生许多光化学反应（普通指大气中原子，分子，自由基或离子因为吸收光子而引发反应）。污染范围大，使全球气候变暖，大气层氧化容量和酸度改变（造成酸雨）VOC（挥发性有机化合物）会产生直接毒害，同时还会

52、产生光化学烟雾。第84页绿色涂料，亦称环境友好涂料，是指涂料在制造和施工过程中没有有害物质分解、挥发、排放或分解、挥发、排放有害物质在要求工艺条件下能满足排放标准，不至于对人类和大自然造成危害。所以，我们要发展对环境污染少，对人体无害涂料。低固含量溶剂型涂料固含量通常为30-50%，而高固含量溶剂型涂料固含量为65-85%。开发高固含量溶剂型涂料可降低挥发性有机溶剂使用，降低对人类和环境危害程度。绿色涂料尝试1、涂料工业关键：开发低VOC涂料。（1）高固含量溶剂型涂料第85页水分散型涂料，即以有机溶剂/水为溶剂。以水代替部分有机溶剂，能够降低OC危害。乳胶型涂料，即涂料分子以乳胶形式分散于水中

53、。这种涂料VOC含量极低，甚至为零，当前以取得广泛应用。水溶性高分子，即涂料高分子材料即为水溶性，这么即可完全采取水作为溶剂。但开发水溶性高分子材料，尤其是适合用于各类需求涂料高分子材料含有一定难度，所以该类已商品化涂料较少。粉末涂料，即不需要任何溶剂涂料。其优点是理论上绝对零VOC，然而在应用中却碰到困难，如：工艺复杂、涂层较厚、配色性差、不规则物体涂布效果差等。 （2）水基涂料水基涂料以水作为溶剂，不会对环境产生污染常见水基涂料第86页制革工业是我国主要工业部门之一，年产量高。每年年产猪皮革约八千多万张，牛皮革三千多万张，羊皮革五千多万张。年出口创汇八十多亿美元，在国际皮革业，尤其是中低级皮革业中占有主要地位。 2、制革工业制革工业污染严重，主要污染起源为：除去原料皮上废料（占污染源70-80%，通常1吨原料皮只能生产200千克皮革），制革过程中所用化工原料（如：盐腌、酸浸、鞣制（铬鞣）等过程中都会带来很大污染。制革工业